山外有山、人外有人?？蒲袑貌佚埮P虎，無數“掃地僧”武功蓋世卻低調如塵?？炊嗔斯猸h璀璨的知名大牛，材料人帶大家探險科研屆，一起環游世界，了解材料領域不甚為國人熟知的科研巨擘們的卓越成果，感受材料科學的無窮魅力。

No.1 邵陽（Yang Shao-Horn）

邵陽Yang Shao-Horn教授在Science、Nature Energy、Nature Nanotechnology、Nature Materials、Nature Chemistry等期刊發表論文超過370篇，總被引超3W，H-index:86。（web of science）

邵陽（Yang Shao-Horn）教授1992年獲北京工業大學工學學士學位，后于密歇根理工大學取得博士學位。2002年進入美國麻省理工學院任教，現為麻省理W. M. Keck能源教授，美國國家工程院院士（2018當選）。

課題組主頁：http://web.mit.edu/eel/ （主頁有邵陽老師的一些精彩報告視頻，很值得學習）

主要研究方向

1. 研究催化劑表面的電子結構、尋找催化性能描述符（金屬氧化物為主）

2. 電催化、光電催化（水裂解、二氧化碳還原等）

3. 儲能電池：鋰離子電池、液流電池、金屬空氣電池、固體氧化物燃料電池、質子交換膜燃料電池

最新代表性成果梳理

1. 鋰金屬電池：FSI-inspired solvent and ‘‘full fluorosulfonyl’’electrolyte for 4 V class lithium-metal batteries.Energy Environ. Sci., 2020,13, 212—220.

簡介：在此，作者們通過從LMA兼容鹽雙（氟磺?；啺蜂嚕↙iFSI）中模擬氟磺酰亞胺基，提出了一種有機溶劑二甲基氨磺酰氟（FSO₂NC₂H₆），一種帶有兩個甲基取代基的氟磺酰胺（FSA），開發新的“全氟磺?；?rdquo;（FFS）電解質。值得注意的是，它可實現高度可逆的LMA，具有出色的初始庫侖效率（CE）91％，并且僅在10個循環內即可迅速達到99％，平均CE優于眾所周知的LMA兼容的碳酸氟亞乙酯（FEC）基電解質。此外，得益于其對氧化LiNi_0.6Mn_0.2Co_0.2O₂（NMC622）和LiMn₂O₄（LMO）表面的高陽極穩定性，Li_//NMC622電池使用有限的過量Li陽極在200次循環后仍保持其原始容量的89％。這種電解質設計策略為探索用于4 V級鋰金屬電池（LMB）的新型中等濃度有機電解質開辟了一條新途徑。

FFS電解液的設計

2. Li-O₂電池：Solvent-Dependent Oxidizing Power of LiI Redox Couples for Li-O₂Batteries.Joule, 2019, 3, 1106. 

簡介：在這項工作中，作者們系統地研究了LiI和Li₂O₂和LiOH之間的反應，LiI是為催化充電過程而添加的可溶性氧化還原介體。更強的Li⁺和I^-離子溶劑化可以提高I^3-的氧化能力，這使I^3-可以氧化DMA，DMSO和Me-Im中的Li₂O₂和LiOH，而在較弱的溶劑（G4，DME）中，需要更多的I₂氧化才能進行反應。觀察到Li₂O₂被氧化成O₂，而LiOH反應形成IO^-。 這項工作澄清了在這些反應中的重大誤解，并為理解LiI在Li-O₂電池中的作用提供了熱力學和選擇性框架。

 I離子之間的溶劑依賴反應

3. 鈣鈦礦氧化物催化OER的YangShao-Horn規則：A Perovskite Oxide Optimized forOxygen Evolution Catalysis fromMolecular Orbital Principles.Science, 2011, 334, 1383.

簡介：作者們發現Ba_0.5Sr_0.5Co_0.8Fe_0.2O_3-d（BSCF）催化的OER具有比堿性介質中最先進的氧化銥催化劑至少高一個數量級的固有活性。通過對10多種過渡金屬氧化物進行系統檢查而建立的設計原理可預測BSCF的高活性，這表明固有的OER活性對表面過渡金屬對稱的3d電子占有率表現出火山狀依賴性。預氧化物中的陽離子處于eg軌道占有率接近1，并且具有高價的過渡金屬-氧鍵的OER活性最高。

 多種金屬氧化物的OER活性火山圖

No.2 蔣業明（Yet-Ming Chiang）

蔣業明教授在Science、Nature、等期刊發表論文超過230篇，總被引超1.7 W，H-index: 66。（web of science）

蔣業明，中國臺灣人，美國工程院院士，臺灣中央研究院院士,麻省理工學院材料系教授，研究出用鋁、鈮、鋯等三種金屬做正極的超級鋰電池。湯森路透2000-2010年全球頂尖一百材料學家名人堂榜單，蔣業明（Yet-MingCHIANG），全球總排名第66位，華人排名第12位。24M公司創始人。

課題組主頁：https://dmse.mit.edu/people/yet-ming-chiang

主要研究方向

1. 電池（鋰離子電池、Li-S電池）

2. 電化學合成

3. 3D打印在電池制造中的應用

最新代表性成果梳理

1. 穩定Li-S電池策略：Stabilizing Li-S Battery Through Multilayer Encapsulation of Sulfur. Adv. Energy Mater.2019, 9, 1802213.

簡介：作者在使用常規電解質的同時通過硫顆粒的多層封裝顯著改善了電池的穩定性，該方法可實現較長的循環壽命并在低電解質進料的情況下改善庫侖效率。當使用無粘合劑的電極時，多層封裝的硫電池表現出高達98％的庫侖效率。在168小時后，電池的全部自放電可以從常規硫電池中的34％減少到帶有多層封裝硫電極的電池中的9％以下。

材料合成示意圖與電鏡表征

2. 用于電池的聚合物膜的設計準則：Design Rules for Membranes from Polymers of Intrinsic Micro porosity for Crossover-free Aqueous Electrochemical Devices. Joule, 3, 2968–2985.

簡介：作者們為將微孔聚合物膜的結構、膜的化學穩定性、電導率和在寬范圍的pH范圍內的水性電解質中的遷移選擇性聯系起來奠定了相關聚合物膜的設計原則。作者將這些屬性與無交叉（crossover-free）電化學電池的前景聯系在一起。這些指導原則適用于兩種新興的網格電化學電池：具體地說，是Zn–TEMPO-4-硫酸鹽和Zn–K₄Fe（CN）₆電池。成功的關鍵是將可電離的聚合物胺肟官能團放置在微孔梯狀聚合物膜的孔中，該官能團在高pH下穩定，分別在低pH和高pH下產生一類電荷中性膜和陽離子交換膜，我們稱之為AquaPIM。它們極高的電導率（在5.0 M的KOH中達21.5 mS cm^-1）和高的運輸選擇性（通過膜的活性物質滲透率降低高達104）為電池開發提供了令人興奮的機會。

聚合物示意圖

No.3 Jeffrey R. Long

Long教授在Science、Nature、Nature Materials、Nature Chemistry等期刊發表論文超過490篇，總被引超5W，H-index:101。（web of science）

Long教授1991年于康奈爾大學獲一等榮譽化學和榮譽數學學士學位。1995年拿到哈佛博士學位師從Prof. Richard H. Holm，之后在哈佛和伯克利做博后。1997年加入伯克利任助理教授，03年拿到終身教職，08年升為正教授。現為伯克利化學系和化學與生物醫藥工程系雙教授與勞倫斯伯克利國家實驗室高級科學家。Long教授是美國化學會無機化學主席，還是多個頂級期刊編委，例如Chemical Society Reviews、Energy & Environmental Science、Chemistry of Materials和ACS Materials Letters。Long教授獲獎無數，2013年成為吉林大學榮譽教授。Long也是多家高科技公司創始人。

課題組主頁：http://alchemy.cchem.berkeley.edu/home/

主要研究方向

1.金屬有機框架（MOF）

2.基于MOF的氣體存儲和分離研究

3.開發研究具有體相電導性（電子、離子）的多孔材料

4.單核和多核單分子磁體

5.催化：合成具有開放螯合位點的可調控MOF和分子配合物用于各種催化反應

Long教授的研究方向

最新代表性成果梳理

2020《Nature》

1. MOF限域合成原子級精確的超小二維金屬鹵化物：Confinement of atomically defined metal halide sheets in a metal–organic framework.Nature, 2020, 577, 64.

解讀：a. 作者們選擇了Zr₆O₄(OH)₄(bpydc)₆（其中bpydc^2- = 2,2'-聯吡啶-5,5'-二羧酸鹽）金屬有機框架，其骨架寬度約為1.3納米八面體籠子，內有螯合位點，可以很容易地將各種金屬源結合為孤立的單核絡合物，包括二價鹵化金屬。(聯吡啶對過渡金屬的配位起到了關鍵作用) b. 通過MOF的限域作用，二維金屬鹵化物的厚度、尺寸都得到了原子級的精確控制（二維材料量子點的合成充滿困難，作者給出了MOF限域解）。c.這種合成方法可以拿到材料的單晶數據。作者通過改變前驅體金屬鹽的用量，神奇地研究了二維材料在MOF種的生長過程，如下圖所示。d.合成方法具有普適性，NiBr₂、NiCl₂、CoCl₂、FeCl要啥來啥。e.新穎磁性：將納米片孤立起來消除了反鐵磁層間相互作用，從而隔離了鐵磁耦合的大自旋基態。導致與塊體材料迥異的磁學性質。

http://alchemy.cchem.berkeley.edu/static/pdf/papers/paper322.pdf

鹵化鎳納米片的生長過程

2019《JACS》

2. MOF中1-丁烯與2-丁烯的熱力學分離：Thermodynamic Separation of 1Butene from 2Butene in Metal−Organic Frameworks with Open Metal Sites.Am.Chem.Soc., 2019, 141, 18325−18333.

簡介：大多數C4碳氫化合物是作為乙烯生產或煉油的副產品獲得的，分離它們過程復雜且耗能巨大。大量的工業和學術屆努力開發更具成本效益的基于吸附劑或膜的方法來純化化學品，例如1,3-丁二烯、異丁烯和1-丁烯。但是，這些C4烴的物理性質非常相似，使這成為一項具有挑戰性的任務。這篇文章中作者匯總研究了1-丁烯、順式-2-丁烯和反式-2-丁烯在金屬有機骨架M₂（dobdc）中的吸附行為（M = Mn，Fe，Co，Ni； dobdc^4- = 2,5 -二氧化苯-1,4-二羧酸鹽）和M₂（m-dobdc）（m-dobdc4- = 4,6-二氧化苯-1,3-二羧酸鹽），都含有高密度的配位不飽和M^{2 +}位點。作者發現，Co₂（m-dobdc）和Ni₂（m-dobdc）都能夠從2-丁烯異構體中分離出1-丁烯，這是一個關鍵的工業過程，在很大程度上依賴于能源需求較大的低溫蒸餾。 1-丁烯選擇性的起源可追溯到M₂（m-dobdc）結構中暴露的M^{2 +}金屬中心保留的高電荷密度，這導致通常在骨架開放金屬位點觀察到的順式2-丁烯選擇性的逆轉。作者通過突破（breakthrough）和分批吸附實驗證明了Ni₂（m-dobdc）在氣相和液相中在多組分條件下對1-丁烯吸附的選擇性。

http://alchemy.cchem.berkeley.edu/static/pdf/papers/paper318.pdf

MOF的結構及與1-丁烯結合方式

2019《JACS》

3. 抗氧化MOF中，水提高CO₂捕獲效率：Water Enables Efficient CO₂Capture from Natural Gas Flue Emissions in an Oxidation-Resistant Diamine-Appended Metal−Organic Framework. Am. Chem. Soc., 2019, 141, 13171−13186.

簡介：由于二氧化碳分壓低，燃氣電廠煙道氣中的二氧化碳與其他成分的分離特別具有挑戰性，這就要求候選分離材料必須在較低的分壓（≤4毫巴）下與二氧化碳緊密結合。這些煙道氣中的O₂（120 mbar）和水（80 mbar）的高分壓也為部署從燃氣發電廠捕獲CO₂的新技術提出了重大障礙。在這里，作者們證明了金屬-有機骨架Mg₂（dobpdc）（dobpdc4- = 4,4'-dioxidobiphenyl-3,3'-dicarboxylate）與環狀二胺2-（氨基甲基）哌啶（2-ampd）的官能化作用，這種吸附劑能夠從潮濕的天然氣煙道排放流中捕獲90％以上的CO₂。該材料通過一種協同機制捕獲CO₂，該機制能夠在較小的溫度波動下獲得較大的CO₂循環能力（2.4 mmol CO₂ / g，ΔT= 100°C）。重要的是，多組分吸附實驗，紅外光譜，魔角固態NMR光譜和范德華校正的密度泛函理論研究表明，水通過與氨基甲酸酯的氫鍵相互作用增強了2-ampd-Mg₂（dobpdc）中的CO₂捕獲。 CO ₂吸附形成氨基甲酸銨鏈的兩個基團，從而增加了CO₂結合的熱力學驅動力。考慮到2-ampd-Mg₂（dobpdc）出色的熱和氧化穩定性，其高的CO₂吸附能力以及從模擬的天然氣煙道氣中獲得的高CO₂捕獲率，該材料是迄今為止用于這一分離處理最有希望的吸附劑之一。

水對CO₂捕獲效率有明顯提高

2019《Adv. Mater.》

4. 新型材料用于CO₂捕獲：Runaway Carbon Dioxide Conversion Leads to Enhanced Uptake in a Nanohybrid Form of Porous Magnesium Borohydride.Adv. Mater., 2019, 1904252.

簡介：近年來，利用分子水平的控制來增強固態材料中的CO₂捕集受到了極大的關注。在此，作者們開發了一種新型的雜化納米材料，該雜化納米材料由本征多孔的γ-Mg（BH₄）₂納米晶體和還原的氧化石墨烯（MBHg）構成。該納米材料表現出動力學可控、不可逆的CO₂吸收曲線，在低分壓和40至100°C的溫度下，具有高吸收能力（> 19.9 mmol g-1）。系統性實驗和第一性原理計算揭示了CO₂與MBHg之間的反應機理，并揭示了化學活化的亞穩態（BH₃-HCOO）^-中心的作用，該中心比母體BH^4-中心熱力學上更有利和可能更快的反應動力學。

http://alchemy.cchem.berkeley.edu/static/pdf/papers/paper317.pdf

MBHg的材料表征

2018《Nat. Mater.》

5. 電子離域和電荷遷移率隨金屬-有機骨架的還原而變化：Electron delocalization and charge mobility as a function of reduction in a metal–organic framework. Nat. Mater. 2018, 17, 625.

簡介：在這里，我們報告了K_xFe₂（BDP）₃（0≤x≤2; BDP^2- = 1,4-苯二吡唑酸酯）的合成，其在母體框架內顯示出完全的電荷離域化，并且電荷遷移率可與技術上相關的聚合物和陶瓷媲美。通過一系列的光譜學方法，計算技術和單微晶場效應晶體管測量，作者們證明Fe₂（BDP）₃的部分還原會導致金屬-有機骨架顯示出在單晶軸上近10,000倍的電導率增強。在K_xFe₂（BDP）₃場效應晶體管中達到這樣的性能，代表了創建新的基于多孔導體的器件的通用合成策略的實現。

http://alchemy.cchem.berkeley.edu/static/pdf/papers/paper276.pdf

K_xFe₂（BDP）₃的材料表征

Prof. Long高被引論文Top 5 (Google Scholar)

1. Carbon dioxide capture in metal–organic frameworks. Chem. Rev. 2012,112,724. 被引次數：4586。

2. Hydrogen storage in metal–organic frameworks. Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 1294. 被引次數：3911。

3.Introduction to metal–organic frameworks. Chem. Rev. 2012,112, 673. 被引次數：3468。

4.  Carbon dioxide capture: prospects for new materials. Angew. Chem. Int. Ed.2010, 49, 6058. 被引次數：2968。

5. The pervasive chemistry of metal–organic frameworks. Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 1213.被引次數：1791。